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Die Erfindung betrifft insbesondere einen Ventilator für einen Rotor für eine elektrische Rotationsmaschine.
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Die Erfindung findet eine besonders vorteilhafte Anwendung auf dem Gebiet der elektrischen Rotationsmaschinen wie Lichtmaschinen, Generator-Startern und reversiblen Maschinen. Es sei daran erinnert, dass eine reversible Maschine eine elektrische Rotationsmaschine ist, die eingerichtet ist, in reversibler Weise einerseits wie ein elektrischer Generator in Funktion einer Lichtmaschine, und andererseits wie ein Elektromotor beispielsweise zum Starten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zu arbeiten.
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Eine elektrische Rotationsmaschine umfasst einen um eine Achse rotierenden Rotor und einen den Rotor umgebenden festen Stator, wobei die Rotor-Stator-Anordnung in Lagern gelagert ist. Im Lichtmaschinenmodus induziert der Rotor beim Drehen ein Magnetfeld im Stator, der dieses in elektrischen Strom umwandelt, um die elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs zu versorgen und die Batterie aufzuladen. Im Motormodus wird der Stator elektrisch versorgt und induziert ein Magnetfeld, das den Rotor in Rotation versetzt.
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Die Ventilatoren sind auf dem Rotor montiert und haben die Funktion, eine Luftzirkulation innerhalb der elektrischen Rotationsmaschine zu erzeugen, um die heißesten aktiven Teile der besagten Maschine zu kühlen. Insbesondere können die Ventilatoren zur Kühlung der Leistungselektronik, von Lagern, der Rotorwicklung und der Statorwicklung eingesetzt werden.
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Derzeitige Ventilatoren sind aus einer Basis, die sich radial in Bezug auf die Achse der Maschine erstreckt, und einer Vielzahl von Schaufeln gebildet, die im Allgemeinen in axialer Richtung von der Basis hervorstehen. Diese Schaufeln haben eine rechteckige Form. Diese rechteckige Form wird durch ein erstes und ein zweites axiales Ende und durch ein inneres radiales Ende und ein äußeres radiales Ende definiert; das innere radiale Ende ist das der Achse der Maschine am nächsten Gelegene, und das erste axiale Ende erstreckt sich kontinuierlich von der Basis des Ventilators. Jede Schaufel weist dann einen Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten axialen Ende und dem äußeren radialen Ende auf.
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Die meisten Verbindungsabschnitte der Schaufeln haben eine Keilform, d.h. dass sie einen im Wesentlichen rechten Winkel bilden. In einigen Konfigurationen elektrischer Rotationsmaschinen können bestimmte Schaufeln auf der Höhe ihres Verbindungsabschnitts eine flache Abschrägung aufweisen. Diese Abschrägung hat hauptsächlich eine Ventilator-Auswuchtfunktion. Darüber hinaus ist diese Abschrägung im Allgemeinen bereits bei der Konstruktion des Ventilators vorgesehen, so dass ein solcher Ventilator natürlich ausgewuchtet ist.
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Solche Ventilatoren erzeugen einen Geräuschpegel, der den Komfort des Kraftfahrzeugnutzers beeinträchtigen kann.
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Ziel dieser Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
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So zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, den aerodynamischen Geräuschpegel, der von den Ventilatoren der elektrischen Rotationsmaschine erzeugt wird, bei gleichzeitiger Beibehaltung eines guten Kühlniveaus der besagten Maschine zu reduzieren.
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Zu diesem Zweck hat die vorliegende Erfindung einen Rotor für eine elektrische Rotationsmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Gegenstand. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Rotor:
- - einen Rotorkörper;
- - mindestens einen Ventilator, der auf dem Rotorkörper montiert ist, wobei der Ventilator eine Basis und eine Vielzahl von Schaufeln umfasst, die von der Basis hervorstehen, wobei jede Schaufel aufweist:
- - ein externes radiales Ende,
- - ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende, das dem besagten ersten Ende axial gegenüberliegt, wobei sich das erste axiale Ende kontinuierlich von der Basis erstreckt,
- - einen ersten Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten axialen Ende und dem äußeren radialen Ende,
- - einen zweiten Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten axialen Ende und dem äußeren radialen Ende.
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Darüber hinaus weist gemäß der vorliegenden Erfindung von dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt mindestens einer eine abgerundete Form auf.
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Die Tatsache, dass mindestens einer der Verbindungsabschnitte abgerundet ist, ermöglicht es, die Wechselwirkungen zwischen Ventilator und Stator sowie zwischen Ventilator und Lager der elektrischen Rotationsmaschine zu reduzieren, in dem der Abstand zwischen den verschiedenen Elementen verringert wird.
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Dies ermöglicht außerdem, die Verwirbelung des vom Ventilator erzeugten Luftstroms am Schaufelauslass zu reduzieren und somit die Kühlungseffizienz zu verbessern, d.h. bei gleichem Luftstrom am Einlass des Ventilators den Luftstrom am Auslass zu erhöhen.
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Somit wird der von den Ventilatoren erzeugte, globale aerodynamische Geräuschpegel reduziert, ohne die Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine zu beeinträchtigen. Insbesondere zeigt sich das Erscheinen bestimmter Oberwellen, wie die mit der Anzahl der Polpaare des Rotors verbundenen Oberwelle, im Vergleich zu den anderen Oberwellen nicht mehr. Die vom Kraftfahrzeugbenutzer hörbare Geräuschemission wird dadurch reduziert.
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Unter abgerundeter Form wird eine Kurvenform verstanden. Mit anderen Worten, weist von dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt einer eine konvexe, d.h. gebogen Form in Bezug auf die Rotorachse auf. Anders ausgedrückt, ist von dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt zumindest einer frei von scharfen Kanten. Diese abgerundete Form unterscheidet sich daher von einer Abschrägung.
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Gemäß einer Ausführung sind die Schaufeln an einem Außenumfang der Basis geordnet.
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Gemäß einer Ausführung erstreckt sich der eine Verbindungsabschnitt über eine Querlänge, die größer ist als eine axiale Dicke der Basis. Die Querlänge wird, genommen in der Projektion der Schaufel auf eine Ebene parallel zu der besagten Schaufel, durch den Abstand zwischen dem inneren radialen Ende und dem äußeren radialen Ende definiert. Dies erlaubt es, den Herstellungsprozess des Ventilators zu vereinfachen.
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Gemäß einer Ausführung erstreckt sich der eine Verbindungsabschnitt über eine Querlänge größer oder gleich 10% der Gesamtlänge der Schaufel.
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Gemäß einer Ausführung erstreckt sich der eine Verbindungsabschnitt über eine axiale Höhe, die größer ist als eine axiale Dicke der Basis. Die Höhe ist, genommen in der Projektion der Schaufel auf eine Ebene parallel zu der besagten Schaufel, durch den Abstand zwischen dem ersten axialen Ende und dem zweiten axialen Ende definier. Dies vereinfacht ebenfalls den Herstellungsprozess des Ventilators.
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Gemäß einer Ausführung erstreckt sich das eine Verbindungsteil über eine axiale Höhe größer oder gleich 10% der Gesamthöhe der Schaufel.
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Gemäß einer Ausführung weist der eine Verbindungsabschnitt eine Querlänge und eine axiale Höhe auf, wobei sich die besagte Länge von der besagten Höhe unterscheidet. Beispielsweise ist die Länge größer als die Höhe. In einem anderen Beispiel ist die Länge kleiner als die Höhe.
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Gemäß einer Ausführungsvariante weist das Verbindungsteil eine Querlänge auf, die gleich seiner axialen Höhe ist.
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Gemäß einer Ausführung haben der erste Verbindungsabschnitt und der zweite Verbindungsabschnitt eine abgerundete Form.
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Gemäß einer Ausführung ist jede abgerundete Form durch einen Radius und mindestens ein Zentrum definiert, wobei der Radius und/oder das mindestens eine Zentrum der abgerundeten Form des ersten Verbindungsabschnitts jeweils von dem/ denen des zweiten Verbindungsabschnitts verschieden ist/ sind.
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Alternativ sind der Radius und das mindestens eine Zentrum des ersten Verbindungsabschnitts identisch mit dem Radius und dem mindestens einen Zentrum des zweiten Verbindungsabschnitts.
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Gemäß einer Ausführung ist das äußere radiale Ende durch einen Punkt gebildet.
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Gemäß einer Ausführung weist eine Schaufel außerdem einen dritten Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten axialen Ende und einem inneren radialen Ende auf, wobei das besagte innere radiale Ende näher an der Rotorachse liegt und der dritte Verbindungsabschnitt eine abgerundete Form aufweist.
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Gemäß einer Ausführung ist jede abgerundete Form durch einen Radius und mindestens ein Zentrum definiert, wobei der Radius und/oder das mindestens eine Zentrum der abgerundeten Form des dritten Verbindungsabschnitts jeweils von dem/ denen des ersten Verbindungsabschnitts und dem/ denen des zweiten Verbindungsabschnitts verschieden ist/ sind.
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Alternativ können die Radien und Zentren aller Verbindungsabschnitte identisch sein, so dass ein Kreisbogen oder ein Ellipsenabschnitt gebildet wird.
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Gemäß einer Ausführung weist bei mindestens der Hälfte der Schaufeln, insbesondere bei mindestens 80% der Schaufeln desselben Ventilators, von dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt mindestens einer einen abgerundeten Verbindungsabschnitt auf.
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Gemäß einer Ausführung weist bei allen Schaufeln desselben Ventilators von dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt mindestens einer einen abgerundeten Verbindungsabschnitt auf.
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Gemäß einer Ausführung weisen alle Schaufeln desselben Ventilators eine identische Form auf. Alternativ können die Schaufeln desselben Ventilators auch unterschiedliche Formen aufweisen.
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Gemäß einer Ausführung weisen alle Schaufeln desselben Ventilators den ersten Verbindungsabschnitt, den zweiten Verbindungsabschnitt und den dritten Verbindungsabschnitt in abgerundeter Form auf.
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Gemäß einer Ausführung umfasst der Ventilator Verstärkungsrippen, die sich zumindest teilweise über die Schaufeln erstrecken, wobei ein Freiraum zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und der genannten Rippe vorgesehen ist. Somit erstreckt sich die Rippe nicht über den ersten Verbindungsabschnitt.
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Gemäß einer Ausführung ist der Freiraum größer als eine axiale Dicke der Basis.
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Gemäß einer Ausführung liegt ein Winkel, gemessen von der Basis zur Schaufel auf Höhe einer Seitenfläche der Schaufel, zwischen 40° und 140°, wobei sich die Seitenfläche zwischen den beiden axialen Enden erstreckt.
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Beispielsweise ist die Schaufel in Bezug auf die axiale Richtung geneigt. In einem weiteren Beispiel erstreckt sich die Schaufel axial im Wesentlichen senkrecht zur Basis, d.h. dass der Winkel im Wesentlichen gleich 90° ist.
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Gemäß einer Ausführung erstreckt sich die Schaufel entlang einer Geraden zwischen dem inneren radialen Ende und dem äußeren radialen Ende.
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Alternativ kann sich die Schaufel entlang einer bezogen auf die Rotorachse konkaven Kurve zwischen dem inneren radialen Ende und dem äußeren radialen Ende erstrecken.
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In einer andren Variante kann sich die Schaufel entlang einer bezogen auf die Rotorachse konvexen Kurve zwischen dem inneren radialen Ende und dem äußeren radialen Ende erstrecken.
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Gemäß einer Ausführung sind die Schaufeln materialeinstückig mit der Basis gefertigt.
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Gemäß einer Ausführung ist der Ventilator vom Zentrifugaltyp.
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Gemäß einer Ausführung weist jedes Lager axiale Lufteintrittsöffnungen gegenüber einem Teil des Ventilators und radiale Luftaustrittsöffnungen gegenüber dem betreffenden Wickelkopf der Wicklung auf.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine elektrische Rotationsmaschine. Die elektrische Rotationsmaschine kann vorteilhafterweise eine Lichtmaschine, ein Lichtmaschinen-Anlasser oder eine reversible Maschine bilden.
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Diese Erfindung kann besser verstanden werden, indem man die folgende detaillierte Beschreibung, die die Erfindung nicht einschränkenden Beispiele und die beigefügten Zeichnungen studiert:
- - die 1 zeigt schematisch und teilweise eine Querschnittsansicht einer elektrischen Rotationsmaschine nach einem Beispiel für die Umsetzung der Erfindung,
- - die 2 zeigt schematisch und teilweise eine perspektivische Ansicht eines Lüfters aus 1,
- - die 3 bis 7 zeigen schematisch und teilweise einen Abschnitt einer Ventilatorschaufel nach dem Stand der Technik und gemäß verschiedene Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung,
- - zeigt mehrere Kurven, die den Gesamtgeräuschpegel der - elektrischen Rotationsmaschine in Abhängigkeit von der Drehzahl für verschiedene Ventilatorkonfigurationen darstellen, und
- - zeigt mehrere Kurven, die den Geräuschpegel der mit der Anzahl der Polpaare des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine verbundenen Oberwellen in Abhängigkeit von der Drehzahl für verschiedene Ventilatorkonfigurationen darstellen.
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Identische, ähnliche oder entsprechende Elemente behalten von einer Figur zur anderen dasselbe Bezugszeichen.
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Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsarten sind keiner Hinsicht einschränkend; es sind insbesondere Varianten der Erfindung denkbar, die nur eine Auswahl der nachstehend beschriebenen Merkmale, isoliert von den anderen beschriebenen Merkmalen, umfassen, wenn diese Auswahl der Merkmale ausreicht, um einen technischen Vorteil zu verschaffen oder die Erfindung vom Stand der Technik zu unterscheiden. Insbesondere können alle beschriebenen Varianten und alle beschriebenen Ausführungsarten miteinander kombiniert werden, sofern keine technischen Überlegungen gegen eine solche Kombination sprechen. In einem solchen Fall würde in der vorliegenden Beschreibung hierauf hingewiesen werden.
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Die 1 zeigt eine kompakte, mehrphasige elektrische Rotationsmaschine 10, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Diese elektrische Rotationsmaschine 10 wandelt im Generatorbetrieb mechanische Energie in elektrische Energie um und kann im Motorbetrieb arbeiten, um elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Diese elektrische Rotationsmaschine 10 ist beispielsweise eine Lichtmaschine, ein Generator-Starter oder eine reversible Maschine.
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Die elektrische Rotationsmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 11. Im Inneren dieses Gehäuses 11 umfasst sie außerdem eine Welle 13, einen Rotor 12, der drehfest mit der Welle 13 verbunden ist, und einen Stator 15, der den Rotor 12 umgibt. Die Drehbewegung des Rotors 12 erfolgt um eine Achse X.
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In der fdlgenden Beschreibung beziehen sich die axialen, radialen, äußeren und inneren Bezeichnungen auf die Achse X, die durch die Mitte der Welle 13 verläuft. Die axiale Richtung entspricht der Achse X, während die radialen Richtungen den Ebenen entsprechen, die alle durch die Achse X insbesondere senkrecht hierzu verlaufen. Bei den radialen Richtungen beziehen sich die Bezeichnungen äußere oder innere auf dieselbe Achse X, wobei die Bezeichnung innere einem Element entspricht, das zur Achse gerichtet ist oder näher zu dieser ist, als ein zweites Element, und die Bezeichnung äußere einen Abstand von der Achse angibt.
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In diesem Beispiel umfasst das Gehäuse 11 ein vorderes Lager 16 und ein hinteres Lager 17, die zusammengesetzt sind. Diese Lager 16, 17 sind hohl ausgebildet und tragen jeweils mittig ein Kugellager 18, 19 für die Drehlagerung der Welle 13.
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Eine Riemenscheibe 20 ist an einem vorderen Ende der Welle 13 auf Höhe des vorderen Lagers 16 befestigt, zum Beispiel mit Hilfe einer Mutter, die an der Rückseite des Hohlraums der Riemenscheibe anliegt. Diese Riemenscheibe 20 ermöglicht, die Drehbewegung auf die Welle 13 zu übertragen.
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Das hintere Ende der Welle 13 trägt hier Schleifringe 21, die zu einem Kollektor 22 gehören. Die zu einem Bürstenhalter 24 gehörenden Bürsten 23 sind derart angeordnet, dass sie an den Schleifringen 21 reiben. Der Bürstenhalter 24 ist mit einem Spannungsregler verbunden (nicht dargestellt).
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Das vordere Lager 16 und das hintere Lager 17 können außerdem im Wesentlichen seitliche Öffnungen für den Luftdurchtritt aufweisen, um die Kühlung der elektrischen Rotationsmaschine durch Luftzirkulation zu ermöglichen, die durch die Drehung eines vorderen Ventilators 25 auf der vorderen Rückenfläche des Rotors 12, d. h. auf Höhe des vorderen Lagers 16, und eines hinteren Ventilators 26 auf der hinteren Rückenfläche des Rotors, d. h. auf Höhe des hinteren Lagers 17, erzeugt wird.
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In diesem Beispiel ist der Rotor 12 ein Klauenrotor. Er umfasst zwei Polräder 31, die einen Rotorkörper bilden. Jedes Polrad 31 ist durch einen Flansch 32 und eine Vielzahl von Klauen 33 gebildet, die die Magnetpole bilden. Der Flansch 32 ist quer orientiert und weist beispielsweise eine im Wesentlichen ringförmige Form auf.
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Dieser Rotor 12 umfasst außerdem einen zylindrischen Kern 34, der axial zwischen den Polrädern 31 angeordnet ist. Hier ist dieser Kern 34 aus zwei Halbkernen gebildet, die jeweils zu einem der Polarräder gehören. Der Rotor 12 umfasst zwischen dem Kern 34 und den Klauen 33 eine Spule 35 auf, die hier einen Spulenkern und eine elektrische Wicklung auf diesem Kern umfasst. Beispielsweise sind die zum Kollektor 22 gehörenden Schleifringe 21 durch Drahtverbindungen mit der Spule 35 verbunden. Der Rotor 12 kann ebenso Magnetelemente aufweisen, die zwischen zwei benachbarten Klauen 33 angeordnet sind.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Stator 15 einen Körper 27 in Form eines Blechpakets mit Nuten, z.B. in halbgeschlossener oder offener Ausführung, die zur Montage einer elektrischen Wicklung 28 mit einer Nutisolation ausgestattet sind. Diese Wicklung 28 verläuft durch die Nuten des Körpers 27 und bildet einen vorderen Wickelkopf 29 und einen hinteren Wickelkopf 30 auf den beiden Seiten des Statorkörpers. Die Wicklung 28 ist z.B. im Stern oder außerdem im Dreieck verschaltet.
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Darüber hinaus ist die Wicklung 28 aus einer oder mehreren Phasen gebildet. Jede Phase umfasst mindestens einen Leiter, der durch die Nuten des Statorkörpers 27 verläuft und gemeinsam mit allen Phasen die Wickelköpfe bildet. Die Wicklung 28 ist elektrisch mit einer elektronischen Baugruppe 36 verbunden.
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Die elektronische Baugruppe 36 umfasst mindestens ein elektronisches Leistungsmodul, das die Steuerung einer Phase der Wicklung 28 erlaubt. Dieses Leistungsmodul bildet eine Spannungsgleichrichterbrücke, um die von der Lichtmaschine 10 erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung zur Versorgung insbesondere der Batterie und des Bordnetzes des Fahrzeugs umzuwandeln.
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Wenn die elektrische Wicklung elektrisch von den Bürsten versorgt wird, wird der Rotor magnetisiert und zu einem Erregerrotor mit der Ausbildung magnetischer Nord-Süd an den Klauen. Dieser Erregerrotor erzeugt einen induzierten Wechselstrom im induzierten Stator, wenn sich die Welle dreht. Die Gleichrichterbrücke wandelt dann diesen induzierten Wechselstrom in Gleichstrom um, insbesondere um die Lasten und Verbraucher des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs zu versorgen und seine Batterie wieder aufzuladen.
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Die Funktion der Ventilatoren 25, 26 besteht darin, eine Zirkulation eines Kühlfluids zu erzeugen, in diesem Fall Luft, um die heißesten aktiven Teile der elektrischen Rotationsmaschine 10 zu kühlen. Diese heißen Teile sind zum Beispiel Dioden oder Transistoren der elektronischen Baugruppe 36, die Lager 18, 19, die Spule 35 des Rotors oder ferner die Wicklung 28 des Stators.
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In dem Lager 11 sind verschiedene Öffnungen eingebracht, um die Luftströmung zirkulieren zu lassen. So weist beispielsweise jedes Lager 16, 17 axiale Lufteinlassöffnungen gegenüber einem Teil des Ventilators und radiale Luftauslassöffnungen gegenüber dem betreffenden Wickelkopf der Wicklung 28 auf.
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Wie im Beispiel in 2 beschrieben, umfasst jeder Ventilator 25, 26 eine Basis 37 in Form einer im Wesentlichen flachen ringförmigen Platte und mit einer Querorientierung. Die Basis 37 ist mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung 38 für den Durchgang der Rotorwelle 13 versehen. Jeder Ventilator 25, 26 umfasst außerdem eine Reihe von Schaufeln 39, die axial von der Basis 37 hervorstehen. Vorzugsweise sind die Schaufeln an einem Außenumfang der Basis 37 angeordnet. Nach außen divergierende Lüftungskanäle sind somit durch die Schaufeln gebildet.
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Jede Schaufel 39 weist ein äußeres radiales Ende 40 und ein inneres radiales Ende 41. Die radialen Enden sind die Enden derjenigen Schaufel, die sich von der Basis 37 hervorstehend erstreckt, wobei das innere radiale Ende 41 dasjenige Ende ist, das der zentralen Öffnung 38 am nächsten liegt.
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Jede Schaufel 39 weist außerdem ein erstes axiales Ende 42 und ein zweites axiales Ende 43 auf, das axial dem ersten Ende gegenüberliegt. Die axialen Enden sind diejenigen Enden der Schaufel, die sich in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Basis 37 erstrecken, wobei sich das erste axiale Ende 42 kontinuierlich von der Basis 37 erstreckt, d. h., dass das erste axiale Ende 42 in Kontakt mit der Basis 37 steht. Genauer gesagt, erstreckt sich das erste axiale Ende 37 kontinuierlich von einer dem Rotor zugewandten Seite der Basis 37.
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Darüber hinaus weist jede Schaufel 39 verschiedene Verbindungsabschnitte auf: einen ersten Verbindungsabschnitt 44 zwischen dem ersten axialen Ende 42 und dem äußeren radialen Ende 40, einen zweiten Verbindungsabschnitt 45 zwischen dem zweiten axialen Ende 43 und dem äußeren radialen Ende 40 und einen dritten Verbindungsabschnitt 46 zwischen dem zweiten axialen Ende 43 und dem inneren radialen Ende 41.
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Die 3 veranschaulicht eine Schaufel nach dem Stand der Technik. Diese Schaufel weist Verbindungsabschnitte auf, deren Form rechtwinklig ist. Die Schaufel weist somit eine im Allgemeinen rechteckige Form auf.
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Die 4, 5, 6 und 7 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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Die 4 veranschaulicht eine erste Ausführungsform. In dieser ersten Ausführung weist der zweite Verbindungsabschnitt 45 eine abgerundete Form auf, d. h., dass die Verbindung zwischen dem zweiten axialen Ende 43 und dem äußeren radialen Ende 40 über eine Kurve und nicht mehr über einen rechten Winkel erfolgt.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Verbindungsabschnitt über eine Querlänge L2, die größer ist als eine axiale Dicke E der Basis 37.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Verbindungsabschnitt über eine axiale Höhe H2, die größer ist als die axiale Dicke E der Basis 37.
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Die Länge und die Höhe sind jeweils durch den Abstand zwischen dem inneren radialen Ende und dem äußeren radialen Ende sowie zwischen dem ersten axialen Ende und dem zweiten axialen Ende definiert, betrachtet in einer Projektionsebene parallel zur Schaufel.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Verbindungsabschnitt über eine Querlänge L2, die größer oder gleich 10% der Gesamtlänge L1 der Schaufel 39 ist. Ebenso erstreckt sich der Verbindungsabschnitt über eine Höhe H2, die größer oder gleich 10% der Gesamthöhe H1 der Schaufel 39 ist.
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In dem Beispiel in 4 ist die Länge L2 des zweiten Verbindungsabschnitts 45 gleich der Hälfte der Gesamtlänge L1. In diesem Beispiel ist die Höhe H2 des zweiten Verbindungsabschnitts 45 stets gleich der Hälfte der Gesamthöhe H1.
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Die 5 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform. In dieser zweiten Ausführung weist der erste Verbindungsabschnitt 44 eine abgerundete Form auf, d.h., dass die Verbindung zwischen dem ersten axialen Ende 42 und dem äußeren radialen Ende 40 über eine Kurve und nicht mehr über einen rechten Winkel erfolgt.
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In dem Beispiel in 5 ist die Länge L2 des ersten Verbindungsabschnitts 44 gleich 40% der Gesamtlänge L1. In diesem Beispiel ist die Höhe H2 des ersten Verbindungsabschnitts 44 stets gleich 60% der Gesamthöhe H1.
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Die 6 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform. In dieser dritten Ausführung weisen der erste Verbindungsabschnitt 44 und der zweite Verbindungsabschnitt 45 jeweils abgerundete Formen auf. In diesem Beispiel ist die Länge L2 des ersten Verbindungsabschnitts 44 gleich der Hälfte der Gesamtlänge L1. In diesem Beispiel ist die Höhe H2 des ersten Verbindungsabschnitts 44 stets gleich der Hälfte der Gesamthöhe H1. Darüber hinaus ist die Länge L2 des zweiten Verbindungsabschnitts 45 gleich 70% der Gesamtlänge L1 und die Höhe H2 des zweiten Verbindungsabschnitts 45 gleich der Hälfte der Gesamthöhe H1.
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Die abgerundete Form ist durch einen Radius und mindestens ein Zentrum definiert, von dem aus der Radius definiert wird. In dem in 6 dargestellten Beispiel unterscheiden sich der Radius und/oder das Zentrum des ersten Verbindungsabschnitts 44 jeweils vom Radius und/oder dem Zentrum des zweiten Verbindungsabschnitts 45. Es gibt keine Symmetrie zwischen den beiden Kurven der Verbindungsabschnitte.
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Alternativ, wie in 7 dargestellt, sind der Radius und das Zentrum des ersten Verbindungsabschnitts 44 jeweils identisch mit dem Radius und der Mitte des zweiten Verbindungsabschnitts 45. Die Verbindungsabschnitte 44, 45 können dann einen Ellipsenabschnitt oder einen Kreisbogen bilden.
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In diesem Beispiel ist ebenso wie in demjenigen von 6 das äußere radiale Ende 40 ein Punkt.
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Darüber hinaus weist im Beispiel von 7 der dritte Verbindungsabschnitt 46 eine abgerundete Form auf, d.h., dass die Verbindung zwischen dem zweiten axialen Ende 43 und dem inneren radialen Ende 41 über eine Kurve erfolgt.
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In diesem Beispiel unterscheiden sich der Radius und/oder das Zentrum des dritten Verbindungsabschnitts 46 jeweils vom Radius und/oder dem Zentrum des ersten Verbindungsabschnitts 44 und/oder des zweiten Verbindungsabschnitts 45.
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Alternativ können die Radien und Zentren aller Verbindungsabschnitte 44, 45, 46 identisch sein, um einen Kreisbogen oder ein Ellipsenteil zu bilden.
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Für die verschiedenen Verbindungsabschnitte 44, 45, 46 sind alle Kombinationen von Verhältnissen zwischen der Länge L2 bezogen auf die Gesamtlänge L1 und Verhältnissen zwischen der Höhe H2 bezogen auf die Gesamthöhe H1 möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, um den Kompromiss zwischen einem niedrigen aerodynamischen Geräuschniveau und einem guten Kühlniveau zu optimieren.
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Somit kann der Verbindungsabschnitt 44, 45, 46 eine Querlänge L2 aufweisen, die sich von seiner axialen Höhe H2 unterscheidet. Beispielsweise ist die Länge L2 größer als die Höhe H2. In einem anderen Beispiel ist die Länge L2 kleiner als die Höhe H2. Darüber hinaus kann in einer Ausführungsvariante die Länge L2 gleich der Höhe H2 sein.
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Vorzugsweise weist bei allen Schaufeln desselben Ventilators von dem ersten Verbindungsabschnitt 44 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 45 mindestens einer eine abgerundete Form auf. Vorzugsweise weisen alle Schaufeln 39 den gleichen abgerundeten Verbindungsabschnitt mit identisch gekrümmter Form auf. Mit anderert Worten sind die Schaufeln 39 desselben Ventilators 25, 26 zueinander identisch.
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In einer Ausführungsvariante können die Schaufeln 39 desselben Ventilators 25, 26 für einige der besagten Abschnitte unterschiedliche Formen bei ihrer Krümmung einerseits oder nicht abgerundete Verbindungsabschnitte andererseits aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Schaufeln 39 des vorderen Ventilators 25 identisch mit den Schaufeln 39 des hinteren Ventilators 26. Alternativ unterscheiden sich die Schaufeln 39 des vorderen Ventilators 25 von den Schaufeln 39 des hinteren Ventilators 26.
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Wie in 2 dargestellt, kann der Ventilator 25, 26 Verstärkungsrippen 47 aufweisen. Diese Rippen 47 können sich sowohl auf der Basis 37 als auch auf den Schaufeln 39 erstrecken. Vorzugsweise erstreckt sich die abgerundete Form der Verbindungsabschnitte 44, 45, 46 nicht über die Rippe. Vorzugsweise erstreckt sich der erste Verbindungsabschnitt 44 angrenzend zur Verstärkungsrippe 47.
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Vorzugsweise liegt der Winkel, der von der Basis 37 zur Schaufel 39 auf Höhe einer Seitenfläche der Schaufel gemessen wird, zwischen 40° und 140°, wobei sich die Seitenfläche zwischen den beiden axialen Enden 42, 43 erstreckt. Beispielsweise ist die Schaufel 39 in Bezug auf die axiale Richtung geneigt. In einem anderen Beispiel erstreckt sich die Schaufel 39 axial im Wesentlichen senkrecht zur Basis, d. h., dass der Winkel im Wesentlichen gleich 90° ist.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Schaufel 39 entlang einer Geraden zwischen dem inneren radialen Ende 41 und dem äußeren radialen Ende 40. Alternativ kann sich die Schaufel 39 einer bezogen auf die Basis 37 konkaven Kurve folgend zwischen dem inneren radialen Ende 41 und dem äußeren radialen Ende 40 erstrecken. In einer anderen Variante kann sich die Schaufel 39 einer bezogen auf die Basis 37 konvexen Kurve folgend zwischen dem inneren radialen Ende 41 und dem äußeren radialen Ende 40 erstrecken.
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Vorzugsweise liegt das innere radiale Ende 41 dem äußeren radialen Ende 40 nicht radial gegenüber. Die Schaufeln 39 sind somit bezogen auf eine Achse quer zur Achse X geneigt.
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Jeder Ventilator 25, 26 kann zwischen einer und neunundfünfzig Schaufeln 39 aufweisen. Der vordere Ventilator 25 und der hintere Ventilator 26 können eine unterschiedliche Anzahl von Schaufeln aufweisen.
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Die Schaufeln 39 sind beispielsweise gleichmäßig winklig verteilt. Alternativ sind die Schaufeln 39 nicht gleichmäßig winklig verteilt, d. h., dass Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufeln in Umfangsrichtung sind nicht gleich sind.
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Darüber hinaus können einige Schaufeln 39 eine Gesamtlänge L1 und/oder eine Gesamthöhe H1 aufweisen, die in Bezug zu anderen Schaufeln 39 desselben Ventilators 25, 26 verschieden ist/ sind. Die Schaufeln haben hier eine radiale Länge L1, die größer ist als ihre axiale Höhe H1.
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Vorzugsweise sind die Ventilatoren 25, 26 aus Stahl.
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Vorzugsweise sind die Schaufeln 39 materialeinstückig mit der Basis 37 hergestellt.
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Vorzugsweise ist jeder Ventilator 25, 26 ausgehend von einer zu einer bestimmten Form geschnittenen Platte gebildet, auf der dann Abschnitte umgebogen werden, um die Schaufeln 39 zu bilden. Die abgerundeten Formen der Schaufeln sind somit vor ihrem Biegen geformt.
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Jeder so gebildete Ventilator 25, 26 wird dann auf dem Rotor 12 befestigt, z.B. durch Punkt- oder Durchschweißen mittels Laser, durch Verschrauben, Nieten oder mit anderen Mitteln.
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Ein Winkelindexierungsmittel kann für eine gute Winkellage der Ventilatoren 25, 26 und damit für eine gute Ausrichtung der Schaufeln 39 verwendet werden.
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Wie insbesondere in 2 zu sehen ist, kann jeder Lüfter 25, 26 einen Kragen 48 umfassen, der sich von der Öffnung 38 axial abstehend erstreckt und der eine Zentrierung des Ventilators in Bezug auf die Welle 13 ermöglicht.
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Vorzugsweise ist jeder Ventilator 25, 26 mit dem betreffenden Polrad 31 in Kontakt. Dieser Kontakt ist ein direkter oder indirekter Kontakt. Im Falle eines indirekten Kontakts kann ein Mittel, wie beispielsweise eine Beschichtung oder Schicht, zumindest partiell zwischen dem betreffenden Polrad 31 und dem Ventilator 25, 26 angeordnet werden.
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Vorzugsweise ist jeder Ventilator 25, 26 vom Zentrifugaltyp. Alternativ kann jeder Ventilator 25, 26 beispielsweise vom axialen oder axial-zentrifugalen Typ sein.
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Die 8 zeigt eine erste Kurve 81, eine zweite Kurve 82 und eine dritte Kurve 83, die den globalen Geräuschpegel der elektrischen Rotationsmaschine 10 in Abhängigkeit von ihrer Drehzahl darstellen. Die erste Kurve 81 bezieht sich auf einen Ventilator, dessen Schaufeln 39 keine abgerundete Form aufweisen, wie in 3 dargestellt ist. Die erste Kurve 81 veranschaulicht daher eine elektrische Rotationsmaschine des Standes der Technik. Die zweite Kurve 82 ist für einen Ventilator, bei dessen Schaufeln 39 der erste Verbindungsabschnitt 44 eine abgerundete Form aufweist, wie in 5 dargestellt ist. Die dritte Kurve 83 ist für einen Ventilator, bei dessen Schaufeln 39 der erste Verbindungsabschnitt 44, der zweite Verbindungsabschnitt 45 sowie der dritte Verbindungsabschnitt 46 eine abgerundete Form aufweisen, wie in 7 dargestellt ist.
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Man erkennt, dass der Geräuschpegel bei der zweiten Kurve 82 gegenüber der ersten Kurve 81 verringert ist, und bei der dritten Kurve 83 noch weiter verringert ist. Eine solche elektrische Rotationsmaschine weist somit weniger aerodynamische Geräusche auf.
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Die 9 zeigt eine erste Kurve 91, eine zweite Kurve 92 und eine dritte Kurve 93, die den Geräuschpegel der mit der Anzahl der Polpaare des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine 10 verbundenen Oberwellen in Abhängigkeit von ihrer Drehzahl darstellen. Dies ist z.B. die Oberwelle 6 bei einer Maschine mit 6 Polpaaren. Die erste Kurve 91 bezieht sich auf einen Ventilator, dessen Schaufeln 39 keine abgerundete Form aufweisen, wie in 3 dargestellt ist. Die erste Kurve 91 veranschaulicht daher eine elektrische Rotationsmaschine des Standes der Technik. Die zweite Kurve 92 ist für einen Ventilator, bei dessen Schaufeln 39 der erste Verbindungsabschnitt 44 eine abgerundete Form aufweisen, wie in 5 dargestellt ist. Die dritte Kurve 93 ist für einen Ventilator, bei dessen Schaufeln 39 der erste Verbindungsabschnitt 44, der zweite Verbindungsabschnitt 45 sowie der dritte Verbindungsabschnitt 46 eine abgerundete Form aufweisen, wie in 7 dargestellt ist.
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Man erkennt, dass der Geräuschpegel der mit der Anzahl der Polpaare des Rotors verbundenen Oberwelle bei der zweiten Kurve 92 gegenüber der ersten Kurve 91 verringert und bei der dritten Kurve 93 noch weiter verringert ist. Eine solche elektrische Rotationsmaschine weist somit einen reduzierten Geräuschpegel dieser Oberwelle sowie eine Reduzierung der Entstehung dieser Oberwelle im Vergleich zu anderen Oberwellen auf.
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Die vorliegende Erfindung findet insbesondere auf dem Gebiet der Rotoren für Lichtmaschinen oder reversiblen Maschinen Anwendung, sie kann jedoch auch auf jede Art von rotierender Maschine angewendet werden.
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Selbstverständlich ist die vorstehende Beschreibung ausschließlich als Beispiel gegeben und schränkt das Gebiet der vorliegenden Erfindung nicht ein, das man auch nicht verlässt, indem die verschiedenen Elemente durch jegliche anderen Äquivalente ersetzt werden.
